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PCB部落格 - fr4-pcb焊點强度的老化和劣化

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fr4-pcb焊點强度的老化和劣化

2023-02-28
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Author:iPCB

1.焊點老化

fr4 pcb焊接完成後,焊點主合金的晶體結構將不穩定,並隨著時間的推移逐漸新增,以减少由許多邊界引起的內應力(通常邊界是雜質濃度高、能量高、穩定性差)。 即使在室溫下,也超過了普通共晶合金所需的再結晶溫度。 隨著晶粒尺寸的新增和邊界的减小,邊界中的雜質濃度相對新增。 一旦焊點的疲勞壽命消耗了25%,就會在邊界處出現微孔。 然而,當疲勞壽命消耗40%時,它會進一步惡化並產生微裂紋,這將使焊點更加脆弱。

fr4印刷電路板

2.CTE不匹配

一旦三個構件(引脚、焊料、焊盤表面)的整體熱膨脹係數的CTE失配差大,焊點强度的劣化也將加速。 例如,陶瓷BGA本身的CTE為2ppm/â,但FR-4電路板的CTE是14ppm/â。 兩者之間的焊接强度不容易達到很好的程度。 至於局部CTE失配,它經常發生,例如銅為17ppm/â,陶瓷為18ppm/â,Alloy42為20ppm/â。 然而,局部CTE失配的影響略小於上述整體失配的效果。 有時,即使是非常均勻的Sn63/Pb37,其組織中也有富含錫和鉛的區域(它們之間也會有6ppm/â的內部CTE失配)。


3.故障模式示例

1)冷焊

指在回流過程中,焊球底部fr4 pcb焊盤上的焊膏,由於熱量不足,沒有與焊球完全融合。 此時,球形表面將呈現出粗糙的顆粒狀外觀,並且還會發生頸縮。 通常,腹部底部的內部球體更容易進行冷焊。


2)焊盤本身沒有錫

是指PCB板BGA區域的球焊盤表面被异物污染,導致焊膏無法與基底焊盤發生反應。 當錫不能被吃掉時,焊膏會被熔化並被球脚吸收,從而導致開路。 然而,這種現象也可能是由承載板的彎曲和翹曲引起的。 當ENIG用於PCB焊盤表面時,一旦出現黑焊盤疾病,帶鎳層也會出現同樣的不良情况。


3)吊球

它是指BGA元件之前沒有牢固地固定,在下游組裝和焊接過程中被重新加熱,並被外力拉動並與其頸部分離,這是由熱機械應力引起的。 然而,fr4 pcb的腳墊通常焊接良好,缺失較少。


4)放弃一個目標

在將球種在承載板上的過程中,球脚沒有牢固地種下,或者後來被外力擊中而失去了球。 這種缺點在X射線或系統或電路測試(ICT)中很容易發現,但如果它僅用於加熱

耗散或公共接地,這與內部球無關,這是另一回事。


5)承載板翹曲

事實上,未來無鉛焊接熱量將大幅增加,不僅大型fr4 pcb會翹曲,有機載板本身也無法逃脫翹曲變形,還會迫使腹部底部球脚隨著高度波動。 儘管承載板的板是Tg180BT樹脂,但它與裝載在內部密封中的晶片的CTE有很大不同; 囙此,當無鉛熱量過大時,承載板會向上彎曲,導致球脚的四個角被拉伸或懸空。 即使焊接牢固,由於應力和伸長率的影響,焊接接觸面積也會變小,强度也會不足,這使得設計者不敢在四個角處放置1/0的球脚。 這種異常現象最有可能發生在大型BGA中。


6)外部機械力造成的損壞

電路板在組裝或測試過程中經常遭受意外損壞,當BGA變大時,球脚在測試過程中也會受傷,這將影響後續焊點的强度。 即使在完成PCBA的組裝後,它仍然會不小心受到外力的衝擊,有時甚至PCB表面的銅墊也會被拉起並漂走。 為了安全起見,我們可以使用底部膠或四角的角膠作為安全手段,甚至可以新增角墊的面積或將其變成橢圓形長墊。 然而,由於設計者只使用現成的商務軟體,這種方法不容易實現。


7)焊接熱量不足

當球在腹部底部吸收的熱量不足時,球本身無法融化成液體,從而無法與焊膏一起癒合,其fr4 pcb形狀將難以呈現出正常壓扁和縮短的正常狀態。